matlab仿真-bpsk调制

- 1 - - 2 - 目录目录 一、背景一、背景4 二、基本要求二、基本要求4 三、设计概述三、设计概述 4 四、四、Matlab 设计流程图设计流程图.5 五、五、Matlab 程序及仿真结果图程序及仿真结果图.6 1、生成 m 序列及 m 序列性质.6 2、生成 50 位随机待发送二进制比特序列，并进行扩频编码.7 3、对扩频前后信号进行 BPSK 调制，观察其时域波形.9 4、计算并观察扩频前后 BPSK 调制信号的频谱.10 5、仿真经 awgn 信道传输后，扩频前后信号时域及频域的变化11 6、对比经信道前后两种信号的频谱变化.12 7、接收机与本地恢复载波相乘，观察仿真时域波形.14 8、与恢复载波相乘后，观察其频谱变化.15 9、仿真观察信号经凯萨尔窗低通滤波后的频谱.16 10、观察经过低通滤波器后无扩频与扩频系统的时域波形.17 11、对扩频系统进行解扩，观察其时域频域.18 12、比较扩频系统解扩前后信号带宽.19 13、比较解扩前后信号功率谱密度.20 14、对解扩信号进行采样、判决.21 15、在信道中加入 20402050Hz 窄带强干扰并乘以恢复载波24 16、对加窄带干扰的信号进行低通滤波并解扩.25 17、比较解扩后信号与窄带强干扰的功率谱.27 六、误码率六、误码率 simulink 仿真仿真.28 1、直接扩频系统信道模型.28 2、加窄带干扰的直扩系统建模.29 3、用示波器观察发送码字及解扩后码字.30 4、直接扩频系统与无扩频系统的误码率比较.31 5、不同扩频序列长度下的误码率比较.32 6、扩频序列长度 N=7 时，不同强度窄带干扰下的误码率比较33 七、利用七、利用 Walsh 码实现码分多址技术码实现码分多址技术.34 1、产生改善的 walsh 码35 2、产生两路不同的信息序列.36 3、用两个沃尔什码分别调制两路信号.38 - 3 - 4、两路信号相加，并进行 BPSK 调制.39 5、观察调制信号频谱，并经 awgn 信道加高斯白噪和窄带强干扰40 6、接收机信号乘以恢复载波，观察时域和频域.42 7、信号经凯萨尔窗低通滤波器.43 8、对滤波后信号分别用 m1 和 m2 进行解扩.44 9、对两路信号分别采样，判决.45 八、产生随机序列八、产生随机序列 Gold 码和正交码和正交 Gold 码码.47 1、产生 Gold 码并仿真其自相关函数.48 2、产生正交 Gold 码并仿真其互相关函数.50 九、实验心得体会九、实验心得体会51 - 4 - 直接序列扩频系统仿真直接序列扩频系统仿真 1 1、背景背景 直接序列扩频通信系统(DSSS)是目前应用最为广泛的系统。在发送端，直 扩系统将发送序列用伪随机序列扩展到一个很宽的频带上去，在接受端又用相 同的扩频序列进行解扩，回复出原有信息。由于干扰信息与伪随机序列不相关， 扩频后能够使窄带干扰得到有效的抑制，提高输出信噪比。系统框图如下图所 示： 二、基本要求：二、基本要求： 1.通过 matlab 建模，对直扩系统进行仿真，数据调制方式可以自由选择，可 以使用基带信号，但最好能使用频带信号，信道为高斯白噪信道。要仿真 出扩频前的信号的频偏，扩频后的信号频谱，过信道之后的频谱以及解扩 之后的频谱。 2.研究并仿真产生 m 序列，写出生成 m 序列的算法。 3.验证直扩系统对窄带干扰的抑制能力，在信道中加入一个窄带强干扰，仿 真出加了干扰后的频谱图和解扩后的频谱图，给出误码率等仿真图。 4.在以上基础上仿真实现码分多址技术，使用 Walsh 码进行复用，实现多个 信号同时传输。(选做) 可选项： 1.在信道中加入多径，使用 rake 接收来抗多径效应。 2.产生除 m 序列之外的其他随机序列，如 Gold 码，正交 Gold 码等等。 3.对比无扩频的系统的误码率。 3、设计概述设计概述 本次课设完成基本要求，并选作了可选项码分多址，Gold 码及误码率对比。 通过 matlab 建模仿真了直扩系统 BPSK 调制的各点频偏及时域信号，并仿真了 窄带强干扰对直扩系统的影响以及利用改善的 WALSH 码实现码分多址技术。 另外，通过 matlab 的 simulink 工具盒 bertool 工具仿真对比了直扩系统和无扩频 系统的误码率。 - 5 - 4、matlab 设计流程图设计流程图 基本扩频系统仿真流程图 100Hz 扩频序列 100/7Hz 二进制比特信息 100Hz 7 位双极性 m 序列 2000Hz 载波 cos4000t BPSK 调制信号 高斯白噪声 恢复载波 cos4000t 100Hz 7 位双极性 m 序列 凯萨尔滤波器低通滤波 采样、判决 - 6 - 5、matlab 程序及仿真结果图程序及仿真结果图 1、生成生成 m 序列及序列及 m 序列性质序列性质 实验产生 7 位 m 序列，频率 100Hz，模拟线性反馈移位寄存器序列，原理 图如下： clear all; clc; X1=0;X2=0;X3=1; m=350; %重复 50 遍的 7 位单极性 m 序列 for i=1:m Y3=X3; Y2=X2; Y1=X1; X3=Y2; X2=Y1; X1=xor(Y3,Y1); L(i)=Y1; end for i=1:m M(i)=1-2*L(i); %将单极性 m 序列变为双极性 m 序列 end k=1:1:m; figure(1) subplot(3,1,1)%做 m 序列图 stem(k-1,M); axis(0,7,-1,1); xlabel(k); ylabel(M 序列); title(移位寄存器产生的双极性 7 位 M 序列) ; subplot(3,1,2) ym=fft(M,4096); magm=abs(ym);%求双极性 m 序列频谱 fm=(1:2048)*200/2048; plot(fm,magm(1:2048)*2/4096); - 7 - title(双极性 7 位 M 序列的频谱) axis(90,140,0,0.1); a,b=xcorr(M,unbiased); subplot(3,1,3)%求双极性 m 序列自相关函数 plot(b,a); axis(-20,20,-0.5,1.2); title(双极性 7 位 M 序列的自相关函数); 由上图可以看出，7 位 m 序列为 1，-1，-1，-1，1，-1，1。另外，自相关 函数的图形比较尖锐，最大值为 1，最小值为-1/7，符合理论结果。 2、生成、生成 50 位随机待发送二进制比特序列，并进行扩频编码位随机待发送二进制比特序列，并进行扩频编码 生成的信息码频率为 100/7Hz，利用 m 序列编码后，频率变为 100Hz。 N=50;a=0; x_rand=rand(1,N);%产生 50 个 0 与 1 之间随机数 for i=1:N if x_rand(i)=0.5%大于等于 0.5 的取 1，小于 0.5 的取 0 x(i)=1;a=a+1; else x(i)=0; end end - 8 - t=0:N-1; figure(2)%做信息码图 subplot(2,1,1) stem(t,x); title(扩频前待发送二进制信息序列); tt=0:349; subplot(2,1,2) l=1:7*N; y(l)=0; for i=1:N k=7*i-6; y(k)=x(i); k=k+1;y(k)=x(i);k=k+1;y(k)=x(i);k=k+1;y(k)=x(i);k=k+1;y(k)=x(i);k=k+1;y(k)=x(i); k=k+1;y(k)=x(i); end s(l)=0; for i=1:350%扩频后，码率变为 100/7*7=100Hz s(i)=xor(L(i),y(i); end tt=0:7*N-1; stem(tt,s); axis(0,350,0,1); title(扩频后的待发送序列码); - 9 - 3、对扩频前后信号进行、对扩频前后信号进行 BPSK 调制，观察其时域波形调制，观察其时域波形 BPSK 调制采用 2kHz 信号 cos(2*2000*t)作为载波 figure(3) subplot(2,1,2) fs=2000; ts=0:0.00001:3.5-0.00001;%为了使信号看起来更光滑，作图时采样频率为 100kHz % ps=cos(2*pi*fs*ts); s_b=rectpulse(s,1000);%将冲激信号补成矩形信号 s_bpsk=(1-2.*s_b).*cos(2*pi*fs*ts);%扩频后信号 BPSK 调制时域波形，(1-2.*s_b)是 1，-1 序列 plot(ts,s_bpsk); xlabel(s); axis(0.055,0.085,-1.2,1.2) title(扩频后 bpsk 信号时域波形); subplot(2,1,1) s_bb=rectpulse(x,7000); s_bpskb=(1-2.*s_bb).*cos(2*pi*fs*ts);%无扩频信号 BPSK 调制时域波形 plot(ts,s_bpskb); xlabel(s); axis(0.055,0.085,-1.2,1.2); title(扩频前 bpsk 信号时域波形) - 10 - 可以看出，100/7Hz 的无扩频信号每 0.07s 时由于序列极性变换产生相位变 换，100Hz 的扩频后调制信号每 0.01s 由于序列极性变换产生相位变换。 - 11 - 4、计算并观察扩频前后、计算并观察扩频前后 BPSK 调制信号的频谱调制信号的频谱 对信号采用 400000 点 fft 计算，得到频谱 figure(4) N=400000; ybb=fft(s_bpskb,N);%无扩频信号 BPSK 调制频谱 magb=abs(ybb); fbb=(1:N/2)*100000/N; subplot(2,1,1) plot(fbb,magb(1:N/2)*2/N); axis(1700,2300,0,0.8); title(扩频前调制信号频谱); xlabel(Hz); subplot(2,1,2) yb=fft(s_bpsk,N);%扩频信号 BPSK 调制频谱 mag=abs(yb); fb=(1:N/2)*100000/N; plot(fb,mag(1:N/2)*2/N); axis(1700,2300,0,0.8); title(扩频后调制信号频谱); xlabel(Hz); 如图，扩频前信号主瓣宽度约为 2*100/7=28Hz，扩频后，信号频谱展宽， 主瓣 19002100Hz 约为 200Hz，为无扩频信号频谱宽度的 N=7 倍，符合理论推 - 12 - 算。 - 13 - 5、仿真经、仿真经 awgn 信道传输后，扩频前后信号时域及频域的变化信道传输后，扩频前后信号时域及频域的变化 awgn 信道模拟了真实的信道，为传输信号增加了高斯白噪声。在本次仿真 中，设定信道信噪比为 3dB，即信噪比约为 2。 figure(5) subplot(2,2,1) s_bpskba=awgn(s_bpskb,3,measured);%经过信道加高斯白噪,信噪比为 3dbw plot(ts,s_bpskb,ts,s_bpskba); axis(0,0.005,-1.2,1.2); xlabel(t); title(经过信道加噪后的信号与原信号时域波形对比); subplot(2,2,3) s_bpska=awgn(s_bpsk,3,measured); plot(ts,s_bpsk,ts,s_bpska); title(扩频后经加噪过信道后的信号与原信号时